直流预压时间对直流叠加冲击电压下XLPE中电树枝引发特性的影响

为探究直流预压时间对直流叠加冲击电压下电树枝引发特性的影响,在幅值为0、±10 kV预压时间为1、10、60、180min的直流偏置电压下分别叠加±50k V的雷电冲击电压。此外,利用双极性载流子输运模型对复合电压下针尖附近空间电荷及电场分布进行了仿真分析。试验及仿真结果指出,随着直流电压作用时间的增加,复合电压下的电树枝引发长度逐渐增加,介质内部空间电荷浓度及分布范围有所增加,且复合电压下电树枝引发长度与空间电荷浓度、注入深度以及流注发展过程有关。复合电压作用下电树枝引发长度以及直流电压下空间电荷分布特性与所加电压的极性存在紧密联系,正极性冲击电压下电树枝引发长度明显大于负极性;当直流预压时间及幅值相同时,负极性直流预压下空间电荷浓度及分布范围均大于正极性。     

直流预压幅值及时间对XLPE中接地电树枝引发特性的影响

为了研究直流预压对交联聚乙烯中直流接地电树枝引发特性的影响,在不同预压时间下进行了不同电压的直流接地电树枝试验。结果表明:直流接地电树枝的长度随着预压幅值的增加而增大,并且具有明显的极性效应。当直流预压幅值较低时,接地电树枝的长度随预压时间的增加变化较小;当预压幅值远高于接地电树枝的引发电压时,接地电树枝的长度随预压时间增加而显著增加;负极性接地电树枝的长度远大于正极性接地电树枝,且生长分散性更大。     

直流预压对XLPE中直流接地电树枝引发特性的影响

直流接地电树枝对高压直流电缆绝缘安全构成了严重威胁。为了研究直流预压对交联聚乙烯(XLPE)中直流接地电树枝引发特性的影响,在10 s、5 min和1 h不同预压时间下,对XLPE试样进行了直流接地电树枝引发试验。同时对该材料在不同场强下的空间电荷积累特性进行了测量,并根据空间电荷注入理论及测试结果对直流接地电树枝的引发特性进行了分析说明。研究结果表明:直流预压时间对直流电树枝的引发率影响较小,接地电树枝平均长度随预压时间的增加略有增加,并有饱和的趋势;同时,直流接地电树枝具有明显的极性效应,负极性接地电树枝的50%引发电压(-19.3 kV)明显低于正极性时的引发电压(25.7 kV),且负极性下的平均电树枝长度也明显高于正极性时的电树枝长度。研究结果有助于进一步了解直流电树枝的引发机理,并为今后同类试验参数的选取提供参考。     

空间电荷对直流接地电树枝影响的实验及仿真研究

为研究聚乙烯中直流接地电树枝的生长特性与材料中空间电荷分布的联系,该文以某商用级XLPE高压直流电缆绝缘材料为对象,分别进行了20℃下不同单次预压时间和短路次数的直流接地电树枝实验。实验结果表明:正负极性下电树枝长度都随着短路次数的增加而增加,正极性下电树枝长度随着单次预压时间的增加先增加再减小,负极性下单次预压时间对电树枝的影响不大;负极性下电树枝的扩散系数整体大于正极性下的电树枝。同时,基于双载流子模型建立了针板电极的三维仿真模型,在综合考虑了电荷的注入、迁移、扩散、入陷和脱陷等行为的基础上,计算出XLPE中随时间变化的空间电荷分布,并据此提出了空间电荷有效注入深度这一新的的概念,以此表征能够引发电树枝的那部分空间电荷在材料中的分布范围,从空间电荷的角度对实验所发现的电树枝特性进行了合理的解释,证明了受陷电荷是直流接地电树枝的成因。     

温度梯度叠加极性反转电压下硅橡胶电荷输运及电树枝特性

直流电缆长期运行在高温度梯度作用下,且时常遭受极性反转、冲击电压等暂态电压,严重影响电缆绝缘可靠性。该文选用电缆附件主绝缘硅橡胶材料,针对不同温度梯度场和极性反转电压下的电树枝起始特性进行研究。搭建极不均匀场下双极性载流子输运模型,研究不同温度梯度和极性反转过程中电荷输运和电场分布特性。研究结果表明：随着针尖温度的上升,空间电荷注入量和注入深度不断增加,反转前后电场的变化更大。温度从30℃增加至120℃,电树枝起始电压下降26.2%,电树枝形态趋于密集,但电树枝长度先增加后减少。结合空间电荷输运特性,给出极性反转电树枝起始的过程,并分析温度梯度对电树枝引发特性的影响规律。     

交直流叠加电压下硅橡胶内电树枝特性

直流电缆附件在运行过程中不仅要承受直流电压,还要承受因整流器件而产生的交流电压,在这种工况下,电树枝的引发和生长将不同于纯直流和交流的情况。在直流叠加交流电压下对硅橡胶中的电树枝进行了实验,研究了不同直流电压幅值对电树枝起始、生长和击穿特性的影响。实验结果表明:固定交流电压下,直流电压幅值的增加使电树枝起始电压先上升后下降;电树枝长度随着直流电压幅值增长基本呈现单一增长趋势,扩展系数随直流电压幅值增长而下降;当直流幅值相同时,正直流电压下电树枝的扩展系数均小于负直流下电树枝的扩展系数;随着直流幅值的增加,正直流电压下电树枝形态结构的变化趋势与负直流电压下的情况类似,试样的电树枝击穿概率增加,并且正直流电压对试样的击穿概率的影响较为显著。     

直流预压对油纸复合绝缘局部放电特性的影响

为了研究直流预压对油纸绝缘交流局部放电特性的影响,对预压不同时间、不同幅值直流电压以及去极化后重复加压情况下的油纸绝缘交流局部放电特性,不同预压时间和去极化后的油纸绝缘材料的空间电荷特性进了研究。研究结果表明,随着预压直流电压幅值的增大和预压时间的延长,放电起始电压和熄灭电压减小;随着重复加压次数的增多,放电起始电压先上升后下降,但均低于未预压下局部放电起始电压。分析表明预压直流30min后油纸绝缘空间电荷分布达到平衡状态,预压时间越长,去极化后油纸绝缘材料残余空间电荷数量越多;同时长时高幅值预压会使得与高压电极接触的绝缘纸板表面电荷分布均匀,从而改善油纸绝缘内部的电场分布,进而影响油纸绝缘的局部放电特性。     

不同温度下高压直流电缆纳米复合绝缘中的周期性直流接地电树枝特性

该文自主研发了一种以交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)为基体,添加0.5 wt%纳米Mg O颗粒的新型高压直流电缆绝缘材料。为研究不同温度下该材料中直流接地电树枝特性及其影响因素,对该材料和某商用级XLPE高压直流电缆绝缘材料进行了20~80℃下不同极性不同电压幅值的周期性直流接地电树枝实验。结果表明:电子比空穴更易注入,且在材料中拥有更大的平均自由程,因此负极性下电树枝比正极性下更易引发,且生长更为分散;纳米Mg O的添加增加了材料中的陷阱密度,减弱了电荷注入,故纳米Mg O/XLPE绝缘材料表现出更好的抗电树枝化性能;温度升高增强了电荷注入与脱陷,提高了电子平均自由程与电荷分布均匀度,使电树枝更容易引发和生长,且形态更加茂密。由此可见,电压极性与温度的改变,以及纳米Mg O的添加均会对材料中的周期性直流接地电树枝的引发与生长产生影响。     

添加纳米MgO对交联聚乙烯中直流接地电树枝的影响

对交联聚乙烯(cross linked polyethylene, XLPE)材料与质量分数为05%的 MgO/XLPE纳米复合材料分别进行了直流接地电树枝实验与基于电声脉冲法的空间电荷测量。电树枝实验表明,正极性下MgO/XLPE纳米复合材料表现出更高的50%电树枝引发电压;空间电荷测量结果表明XLPE中有更多同极性电荷注入,说明纳米颗粒的添加阻碍了针尖处同极性电荷的注入与抽出,进而阻碍了电树枝引发。正极性下MgO/XLPE纳米复合材料表现出更小的平均电树枝长度与宽度,这是由于高场强区产生的载流子与纳米颗粒发生碰撞,导致电树枝生长较慢。此外,正极性下MgO/XLPE纳米复合材料中平均电树枝长宽比随电压升高下降更快,这是由于电树枝无法穿透纳米颗粒,只能从其表面绕过,导致了电树枝通道方向的改变与细小分枝的产生。     

氯化聚乙烯共混对聚乙烯的空间电荷效应的影响

在直流电场作用下 ,用电声脉冲法测量了低密度聚乙烯 (LDPE)中空间电荷的分布 ,计算结果表明 ,异极性空间电荷严重畸变试样中的电场的分布。以少量氯化聚乙烯 (CPE)混入低密度聚乙烯中 ,大大降低了试样中的空间电荷 ,电场分布趋向均匀。在正负极性直流预压短路树枝试验中 ,分别提高试样短路树枝起始电压 2 6 8%和 36 3%。通过直流预压和电晕电荷注入后 ,短路过程中空间电荷分布的测量 ,提出氯化聚乙烯的作用机理在于降低了聚乙烯中陷阱的深度和密度。     

蒙脱土改性聚乙烯复合材料的高场介电性能研究

利用熔融插层法制备了聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料,研究蒙脱土对聚乙烯介电性能的影响。研究分析了纯聚乙烯和不同的聚乙烯/蒙脱土复合材料的树枝化性能,通过直流预电应力电树引发试验,探讨了空间电荷的极性效应对不同材料树枝化性能的影响。试验结果表明:与纯聚乙烯和其他复合材料相比,加入相容剂的聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的电树潜伏期更长,电树生长速度更慢,而且显示出与LDPE不同的极性效应。不同材料的热激电流(TSC)试验结果显示:聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的松弛时间分布展宽,峰值增高,说明在纳米复合材料中引入了更多的陷阱能级,这些陷阱调制了载流子浓度和迁移率,从而抑制了树枝的起始与生长。     

空间电荷对低密度聚乙烯电气击穿特性的影响

为解决聚乙烯用作电线电缆绝缘材料时所受空间电荷问题的困扰,采用在低密度聚乙烯(low density po-lyethylene,LDPE)试品上施加直流预电压使其中积聚一定量的空间电荷,然后测量试品击穿强度的方法,研究了空间电荷对LDPE击穿特性的影响。结果表明,与未经过预电压处理的LDPE的击穿强度相比,在经过较低场强(50 kV/mm)预电压处理后,预电压与击穿电压极性相同时击穿强度提高了约9%,极性相异时击穿强度降低约14%;而经过较高场强(150 kV/mm)预电压处理后,预电压时LDPE中出现空间电荷包现象,预电压后同极性击穿强度提高约19%,而异极性击穿强度反而上升约16%。分析认为空间电荷包在LDPE中的运动导致了部分空间电荷的中和,使得空间电荷积聚量减少,同时LDPE中可能的缺陷得到了一定程度的老炼而使介质得到了均匀化,从而使LDPE的击穿强度得到了提高。     

直流GIL中温度对绝缘子表面电荷积聚时变特性影响研究

柱式绝缘子表面电荷积聚是严重影响直流GIL绝缘水平的重要因素之一。本文在综合考虑GIL内部热交换、绝缘子材料电导特性和绝缘气体中正负离子微观机制的基础上,构建了直流GIL柱式绝缘子表面电荷积聚多物理场耦合时变数学模型,仿真分析了柱式绝缘子的温度分布、空间电荷密度分布和表面电荷密度分布。结果表明:在800 kV直流电压作用下,柱式绝缘子温度由极不均匀分布向均匀分布发展,使得绝缘子电导率不断变化;柱式绝缘子内部主要积聚正电荷,随着温度朝着均匀化发展和时间的延长,绝缘子内部空间电荷密度越来越大,并且柱式绝缘子内部最大空间电荷密度位置由初始状态的中心导体附近变为接地电极附近;温度对表面电荷积聚的影响较大,随着温度朝着均匀分布发展,绝缘子表面电荷密度零点不断右移,表面电荷密度峰值越来越大,切向电场强度也越来越大。     

硅橡胶中空间电荷的形成机理

文中采用电声脉冲法，在不同的直流电场作用下，测量了硅橡胶中空间电荷的分布，并分析了其与加压时间的关系。同时测量了短路电极时空间电荷分布的变化，讨论了电极短路试样中残留电荷的分布及其影响。研究发现，在场强相对较低(5kV／mm)与较高(60kV／mm，70kV／mm)时，电极附近介质中的电荷分布均为异极性电荷，但其形成机理完全不同；而在中场强(10kV／mm，30kV／mm)下可出现同极性电荷。文章还讨论了Al和Cu电极在不同电场强度下的电子或空穴注入现象以及其在空间电荷形成中的作用。     

温度对直流电压下油纸绝缘空间电荷特性的影响

油纸绝缘是直流输电设备的主要绝缘材料,其空间电荷特性变化会引起局部电场发生畸变,从而影响材料的介电强度,降低直流输电设备的运行可靠性和稳定性.使用电声脉冲法( PEA)测量装置,分析油纸绝缘中空间电荷的注入、迁移、消散规律,搭建试验平台,通过升压试验获得试品空间电荷注入的参考电压,然后对试品加3 kV的直流电压,分别在15℃、30℃、50℃温度下对油纸介质的空间电荷的特性进行分析.试验结果证明:在不同条件下发生空间电荷的注入,温度会对去压时空间电荷的消散产生很大的影响;温度会影响油纸绝缘介质内电场的大小和分布,使空间电荷严重畸变电场,引起绝缘的进一步破坏.     

乙烯-丙烯酸共聚物改性聚乙烯的空间电荷对电树和水树的影响

通过添加不同含量的乙烯 -丙烯酸共聚物 (EAA)改善了聚乙烯 (PE)的电气性能。用电声脉冲法测量了样品中的空间电荷分布。测出了在直流预压电压下的短路电树枝的起始电压。对交流电压下抑制水树枝的产生和成长也做了研究。试验发现 ,不同EAA含量的试样中空间电荷的累积、短路 50 %电树枝的起始电压以及水树枝的形成有一定关系。空间电荷的测量可作为衡量改善试样耐电树枝和水树枝能力的手段     

Impulse breakdown superposed on ac voltage in XLPE cable insulation

This paper discusses tree inception and breakdown voltage characteristics of XLPE cable insulation subjected to impulse voltages superimposed on ac voltage. The tree initiation tests were performed on laboratory-molded specimens equipped with needle electrodes, whereas the breakdown tests were conducted on a full-sized cable. The impulse tree initiation stress was found to be dependent on the magnitude of the pre-applied ac stress and the relative polarities of the impulse and the ac peak at the instant of their superposition. Although the impulse polarity has an effect on the tree inception, the general behavior is that the tree inception stress always decreases with an increase of the pre-applied ac stress. This phenomenon is discussed in terms of the space charge effect and the influence of the impulse voltage application itself. The impulse strength of a full-sized cable insulation was found to be independent of the pre-applied ac stress as long as that stress did not exceed the operating stress of a 500 kV cable insulation. However, subjecting cable insulation to higher ac stresses before impulse application caused a reduction of its breakdown strength as compared with the insulation without ac prestressing     

温度梯度下双层油纸绝缘系统的空间电荷分布特性

换流变压器为直流高压输电系统中的重要设备,但因其运行工况的特殊性,其内部油纸等绝缘材料往往承受较大的内外温度差异作用。针对换流变压器中双层油纸绝缘系统存在的内外温度不同的温度梯度效应对油纸绝缘中空间电荷分布的影响,利用电声脉冲法测量了不同温度梯度下（Δθ=0、20、40°C）,电压分别为-3.4、-10.2、-20.4kV（即平均电场强度分别为10、30、60MV/m）时双层油纸中空间电荷在20min内随时间变化规律及电场分布。实验结果表明：在低场强下,上下电极均有明显的同极性电荷注入;温度梯度使低温侧出现异极性电荷,并且随着温度梯度的增大、电压的升高,低温侧异极性电荷越来越多,从而使低温侧的场强畸变越来越大;加压后,2层油纸界面处开始积累与上电极相同极性的电荷,并且界面处电荷量随温度梯度及电压的增大而增大,但电荷密度出现饱和现象。经分析可知,油纸界面起到阻挡正负电荷通过的作用,而温度对电极注入特性及试样电导特性的影响为温度梯度影响空间电荷分布的主要原因。     

Space charge injected via interfaces and tree initiation inpolymers

Space charge is a recent hot topic in the field of electrical insulation, since it can be measured nondestructively as standard practice. It has been long suspected that space charge might be critically involved in local dielectric breakdown or tree initiation. It is widely accepted that space charge is formed under dc stress in dielectrics. The author demonstrated a hypothetical space charge-dominant model for tree initiation in 1979 in Japanese and in 1991 in English, and proposed that charge can be accumulated inside polymer dielectrics near the divergent high field region even under ac stress. The model consists of charge injection and extraction, charge trapping and space-charge forming, polymer scission due to high energy injected and extracted electrons, oxidation, electric field enhancement, and finally tree initiation. The author will explain his old hypothetical space charge dominant model for tree initiation, various relevant phenomena and data that could prove the validity of the model, try to interpret several recently discovered phenomena with his model, and re-evaluate it as compared with modern concepts for tree initiation